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1、固体物理简介二二. 晶体结构晶体结构面心立方结构立方结构在晶体中，原子或离子周期性重复排列，形成晶格，或称在晶体中，原子或离子周期性重复排列，形成晶格，或称为空间点阵。为空间点阵。2金刚石体心立方319.2 固体能带结构固体能带结构固体固体晶体晶体非晶体非晶体周期排列，形成空间点阵周期排列，形成空间点阵由大量原子组成由大量原子组成主要特征主要特征一一. 固体的能带固体的能带1. 单个原子的状态及能级单个原子的状态及能级* *单个原子核外电子的状态有四个量子数定单个原子核外电子的状态有四个量子数定 n l ml ms n l ml ms 1n l ml 2n l 2 ( 2l+1 )n 2n2量
2、量子子态态数数4* *原子的能量与原子的能量与n l 有关有关* *壳层中电子的分布遵循泡利不相容原理和能量最低原理壳层中电子的分布遵循泡利不相容原理和能量最低原理能级图：能级图：n = 1 l = 0 n = 2 l = 0,1 n = 3 l = 0,1,2 n 代表一个代表一个主壳层主壳层1s2s2p3s3p3d一个主壳层中包括一个主壳层中包括支壳层支壳层 n 相同相同同一同一主壳层主壳层n 相同而相同而l 不同不同同一主壳层的不同同一主壳层的不同 支壳层支壳层* *电子在核外壳层分布电子在核外壳层分布52. 晶体中原子的能级晶体中原子的能级* *电子共有化电子共有化 由于晶体中原子紧密
3、排列，相邻原子的外电子壳层有由于晶体中原子紧密排列，相邻原子的外电子壳层有一定程度的重叠（即电子云有不同程度的重叠一定程度的重叠（即电子云有不同程度的重叠 ），电子），电子可以在相邻原子的同一能级的同一轨道上转移，在整个可以在相邻原子的同一能级的同一轨道上转移，在整个晶体内运动，即电子属于晶体。晶体内运动，即电子属于晶体。* *能级分裂成能带能级分裂成能带 电子做共有化运动，由于电子之间有相互影响，在电子做共有化运动，由于电子之间有相互影响，在相应轨道上（相同的相应轨道上（相同的 n l ）做共有化运动的电子的能量）做共有化运动的电子的能量又稍有不同。又稍有不同。 设设N个原子组成晶体，则晶体
4、中每个原子原来的每个原子组成晶体，则晶体中每个原子原来的每条能级都分裂成条能级都分裂成N个新能级：个新能级：6最多容纳电子数最多容纳电子数2N2N2N6N6N10N 由于由于N非常大，而新能级与原来能级很接近，所以二相邻非常大，而新能级与原来能级很接近，所以二相邻能级间能量差非常小，可认为是连续的。能级间能量差非常小，可认为是连续的。N个新能级的能量范个新能级的能量范围围DE称为能带宽度。称为能带宽度。每个能带可容纳电子数：每个能带可容纳电子数：2(2l+1)N73. 几个名词几个名词（P442444）* *禁带禁带* *满带满带* *空带空带* *价带价带* *导带导带8二二. 绝缘体、导体
5、、半导体绝缘体、导体、半导体（P448）价价带带0.11.5eV半导体半导体36eV绝缘体绝缘体价价带带满满带带9锂锂镁镁铜铜 铝铝 银银导体导体（三种情况）（三种情况）10三三. 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体（P450）1. 本征半导体本征半导体纯净的半导体（无杂质、无缺陷）纯净的半导体（无杂质、无缺陷）导电机构：导电机构：电子、空穴导电，导电性弱电子、空穴导电，导电性弱电子、空穴数目相同电子、空穴数目相同总电流总电流=电子电流电子电流+空穴电流空穴电流112. 杂质半导体：杂质半导体：n型型、p型型（1 1） n型：在四价元素中用扩散法掺入少量五价元素型：在四价元素中用扩散
6、法掺入少量五价元素杂质杂质能级能级满带满带10-2 eV施主施主能级能级12（2 2） p型：在四价元素中掺入少量三价元素型：在四价元素中掺入少量三价元素杂质杂质能级能级满带满带受主受主能级能级10-2 eV空穴空穴13四四. pn结结（P452）pn 结中的电场和电势差结中的电场和电势差p区区能带升高，能带升高，n区能区能带降低，形成势垒带降低，形成势垒14p n结中电场减弱，势垒降低，结中电场减弱，势垒降低，电子、空穴扩散容易，形成正电子、空穴扩散容易，形成正向宏观电流，并随电压变化。向宏观电流，并随电压变化。p n结中电场增强，势垒增高，结中电场增强，势垒增高，电子、空穴扩散困难，形成电
7、子、空穴扩散困难，形成很小的反向电流。很小的反向电流。正向电压反向电压EEp n结处于导通状态结处于导通状态p n结处于阻塞状态结处于阻塞状态1510203010200. 40. 82030半导体光电检测器半导体光电检测器pn 结单向导电性结单向导电性pn 结伏安特性曲线结伏安特性曲线U / VI / mA正向反向击穿电压169. 若在四价元素半导体中掺入五价元素原子，则构成若在四价元素半导体中掺入五价元素原子，则构成_型型半导体，参与导电的载流子多数是半导体，参与导电的载流子多数是_。在所给能级图中。在所给能级图中定性画出其施主或受主能级示意图：定性画出其施主或受主能级示意图：导导 带带满满
8、 带带E作业三作业三. .P397. 纯净锗吸收辐射的最大波长纯净锗吸收辐射的最大波长l=1.9m mm，锗的禁带宽度为，锗的禁带宽度为_。8. 本征半导体硅的禁带宽度是本征半导体硅的禁带宽度是1.14eV，它能吸收辐射的最大，它能吸收辐射的最大波长是波长是_。1090nmn电子电子施主能级施主能级1710. 激发本征半导体中传导电子的几种方法有激发本征半导体中传导电子的几种方法有（1）热激发）热激发（2）光激发（）光激发（3）用三价元素掺杂（）用三价元素掺杂（4）用五价元素掺杂）用五价元素掺杂，对，对于纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能激发其传导于纯锗和纯硅这类本征半导体，在上述方法中能激发其传导电子的有：电子的有：_。受主能级受主能级（1），（），（2），（），（4）导导 带带满满 带带E11. 在半导体晶体硅中掺入适量的铝（在半导体晶体硅中掺入适量的铝（z=13），会形成），会形成_型型半导体，并大致画出其能带结构示意图：半导体，并大致画出其能带结构示意图：p18
